DE1605768A1

DE1605768A1 - Antriebsvorrichtung fuer Fahrraeder

Info

Publication number: DE1605768A1
Application number: DE19661605768
Authority: DE
Inventors: Cox James William
Original assignee: COX JAMES WILLIAM
Current assignee: COX JAMES WILLIAM
Priority date: 1965-11-12
Filing date: 1966-11-11
Publication date: 1971-08-05
Also published as: US3375023A; GB1169036A; NL6615945A

Description

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DR. ING. JÜRGEN SCHMIDT ecehmann-sack-str. s DR.RER.NAT.BRUNO REITZNER

FERNRTTF 0811/840779 TEI₁EGHAMiIADHESSE

11. Uovember 1966 Unser Zeichen: P-3033-1

. Patentanmeldung.

für
Herrn James William Cox, Upper Lake, Californien (V.St.A.)

betreffend
Antriebsvorrichtung für Fahrräder

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Zweiräder, Dreiräder und ähnliche Fahrräder, bei denen der Fahrer Pedale betätigt, um eine Bewegungskraft zu erzeugen; insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Übertragung der durch den Fahrer auf die Pedale ausgeübten Kraft auf das Antriebsrad des Fahrrades.

Eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die nachstehend im einzelnen beschrieben ist, enthält in der Nabe des Antriebsrades ein Paar in einer Richtung die Drehkraft übertragene Einrichtungen, zum Beispiel Überholkupplungsmechanismen mit einem Antriebsteil, das die Drehkraft auf ein angetriebenes Teil in einer Drehrichtung aberträgt und das sich entgegengesetzt zur Drehr ichtung

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•unabhängig vom angetriebenen Teil dreht. Die angetriebenen Teile der Kupplungsmechanismen sind miteinander sowie auch mit der Itadnabe verbunden, und die Antriebsteile sind mit schwenkbar montierten Hebelarmen verbunden, die sich durch die Füße bzw. Beine des Fahrers hin- una herbewegen lassen.

Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Antriebsvorrichtung, die die größtmögliche Kraft von den Füßen bzw. Beinen des Fahrers auf das Antriebsrad überträgt. Dieser Zweck wird mit Hilfe zweier schwenkbar angeordneter Hebelarme,an denen Pedale montiert sind, sowie durch Anlenken der Hebelarme am Antriebsrad, so daß sich die Beine des Fahrers in einem Bogen von etwa 90° bewegen, erreicht. Das Zentrum dieses Bogens liegt horizontal, weshalb während des Antriebsstoßes ein größerer Teil des Gewichts des Fahrers auf das Pedal einwirkt, ^rfindungsgemäß wird diese Aufgabe also ganz anda?s gelöst als bei den bisherigen Antriebssystemen, bei denen eine Kette und ein Zahnrad mit einer Pedalanordnung, bei der eine volle Drehbewegung des Zahnrades erforderlich ist, verwendet wird. Bei diesen bekannten Systemen geht ein großer Teil der Kraft verloren, insbesondere wenn die Pedale mehr oder weniger senkrecht zueinander angeordnet sind. In dieser Stellung wird das Gewicht des Fahrers kaum oder überhaupt nicht für den Antrieb des Fahrzeuges ausgenutzt. ürfirtUungsge^iäiB wer-

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den diese Nachteile "vollständig durch Verwendung von .Hefcel- r.r--lexi, die nur eine Schwenkbewegung durchführen, ausgeschaltet.

Hin weiterer Zweck der airfindung ist die Schaffung einer Antriebsvorrichtung, bei der die mechanische Kraftvergrößerung (luecnanical advantage) zwischen den Pedalen und dem Antriebsrad praktisch unb~-;reiizt variierbar ist. Die Bedeutung dieses 'tc-avsiualn v.^:ird dann verständlich, wenn man die üblichen Kettenuii.ji ifuiiii-adantriebssysteine betrachtet, bei denen komplizierte und^ "cc;ure V/edise !getriebe', d.h. Schaltgetriebe, notwendig sind, u?ji die mechanische Kraftvergrößerung zwischen den i-edalen und dem Antriebsrad zu verändern. Bei diesen bekannten Vorrichtungen ist die Aus-.vahl der Übersetzungsverhältnisse im besten iVi.ll ein Kompromiß zwischen einander widersprechenden Kriterien; eine feineinstellung ist nur durch Umbau und Änderung einer Vi-^l ε aiii von kleinen, besonders -bearbeiteten Getrieber^äern möglich. Die vorliegende Erfindung beseitigt diese i-.ucii ',-aiie ihix .lilfe eines flexiblen-Spannelements (z.3, 3ines Jui'te-ε oder eines Kabels) zwischen dem "Hebelarm-und der i. cerjiol^upplunK oovi? weiterhin mit Hilfe eines MechanisKUS, der eine Ver: MerüBj des Angriffspunktes des flexiblen Spann- ■ elenientes i¹" . e-.-.-l&ru¹= eraöglicht. . ""'.".-

.-::■! '.veiterer 1." c,-: ^--2- jViiiiQrjiig ist. die- Schaffung einer BAD OR|Q_/NAL

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Fahrradantriebsvorrichtung, mit der eine größere Drehkroft auf das Antriebsrad des Fahrzeugs ausgeübt werden kann als bei den bekannten Systemen mit Kette und Zahnrad. Da das Antriebszahnrad bei bekannten Fahrrädern gedreht werden muß, ist die Länge der Pedalarme infolge der Länge und der Anatomie der Beine des Fahrers begrenzt. Im G-egensatz dazu werden erfindungsgemäß diese Einschränkungen beseitigt, da die Arme, die die Pedale tr; .gen, nur. über einen Bogen von 90 oder weniger schwenkbar sind. Deshalb kann ein mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstetes Fahrrad mit erfolg auch auf steileren Streck-en als ein mit den bekannten Vorrichtungen auagerüstetes Fahrrad gefahren werden.

Ein iaerkmal und ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Beine und die Bekleidung des Fahrers nicht mehr gefährdet sind, wie es bei den üblichen Antriebsmechanismen mit Kette und Zahnrad der Fall ist.

Ein weiteres Merkmal und ein weiterer Vorteil der ii]_rfindung besteht darin, daß die mechanische Konstruktion einfacher und leichter zu ".'/arten ist.

Andere Ziele, kerkraalle und Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.

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In den Zeichnungen bedeuten:

Figur 1 einen seitlichen Aufriß eines Fahrrades, das mit der Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung versehen ist;

Figur 2 einen Teilaufriß im Querschnitt nach 2-2 von Figur 1 in vergrößertem Maßstab;

Figur 3 einen seitlichen Aufriß von Figur 2; Figur 4 einen Querschnitt nach 4-4 von Figur 3 mit einer vorteilhaften Einrichtung zur Regelung der mechanischen Kraftvergrößerung im Hahnen der vorliegenden Vorrichtung;

Figur 5 einen Aufriß im Querschnitt einer erfindungsgemäß

/rad

konstruierten AntriBDSiiabe in vergrößertem Maßstab;

Figur 6 einen Querschnitt der Uabe nach 6-6 von Figur 5;

Figur 7 eine Perspektivansicht in auseinandergezogener Anordnung einer vorteilhaften Befestigungsweise des flexiblen Spannelements gemäß der Erfindung an der liabenhülse;

Figur 7a eine Perspektivansicht einer anderen vorteilhaften Befestigungsweise des flexiblen Spannelements an der Hülse; und

Figur 8 einen Teilseitenaufriß einer anderen Bauweise zur Verbindung der Hebelarme am Antriebsrad-Habenme chani smus.

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In den Zeichnungen bedeutet die üezugszahl 12 einen Fahrradrahmen der allgemein üblichen iOrm mit einem 3aOtel 14, einem rückwärtigen Antriebsrad 16, einem steuerbaren "Vorderrad 18 und einer Lenkstange 20 zum Steuern des Vorderrades 18. Der Rahmen 12 enthält nach rückwärts verlaufende Rahnienteile 22 und 24, ctie sich im Zentrum bzw. in der ii;.be 26 des Antriebsrades 16 schneiden.

In Figur 5 ist eine lüibe 26 mit einem zylindrischen Teil angegeben, an dessen Außenfläche in an sich Le'-:&nii.ter Teice radiale Vorsprünge 30 mit Öffnungen zur befestigung von Speichen 32 vorgesehen sind. Eine Achse 34, die die Schnittpunkte der Icahi-i ent eile 22 und 24 an den beiden Seiten des fahrrades miteinander verbindet, dient zur Befestigung des Antriebsrades am Fahrradrahmen. IJie Hülsen 36 und 36a sind mit Hilfe der Lager 38 bzw. 38a drehbar um die Achse 34 angeordnet. "iiie aus figur 5 hervorgeht, sind die Hülsen 36 und 36a Seite an Seite auf der Achse 34 angeordnet und ragen über den ITabenzylinder 28 hinaus.

Die Nabe 28 dreht sich mit Hilfe der Kugellager 40 und 40a gegenüber den Hülsen 36 und 36a; diese Kugellager halten de^ Abstand zwischen der Innenfläche des Mabenzylinders 28 und der Außenfläche der Hülsen 36 und 36a; sie enthalten eine

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-üinrichtung zur Übertragung einer Orehkraft in einer Richtung, beispielsweise eine Überholkupplung 42 an sich bekannt er oau.v.^re is e.

In der beSchreibung und in den Ansprüchen v/ird der Ausdruck "jJinric.ituii:.; zur Übertragung einer Drehkraft in eine Richtung;" (unilateral torque transmitting device) verwendet, um in e cL π-is on'? -anordnungen zu bezeichnen, die ein drehbares Aii'üriebsteil und ein dair.it zusammenwirkendes drehbares angetriebenes l'eil enthalten, so daß das Antriebsteil das angetriebene Teil treibt und sich in der anderen Drehrichtung iU-abh^:s.u_trig von angetriebenen Teil dreht. Sperradmechanismen und ÜberholKuprlun_;;en sind Beispiele für "Einrichtungen zur ubertra^run^ einer orehkraft in einer Richtung".

V/ie es oei uberholkupiungen üblich ist, ist ein zentrales Antriebsteil -'M auf einer Hülse 3>o aufgekeilt und bildet eine oder mehrere ebene i\ockaiflachen, die in einer Lrehrichtung in ciie innere Zylinderfläche des i*abeiizylInders 28 übergehen, wobei der "eil des iiabenzylinders 2:>, der diese Fläche bildet, das cin^etriebene Seil der Kupplung darstellt. Zwischen der ebenen -■.oe^enfl^che 46 und der inneren Zylinderfläche der I;p.be 28 sind ίedercelastete Walzen 48 angeordnet, so daß, wenn die Irilse aas zentrale Teil 4^- in Gegenrichtung zum Uhr-

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zeiger drückt (vergl. Figur 6), der Hab en zylinder 28 in dieser Sichtung angetrieben wird, da sich, die Walzen 28 zwischen dem Antriebsteil und dem angetriebenen Teil der Kupplung verkeilen. Brückt die Hülse 36 das zentrale Kupplungsteil 44 in Richtung.des Uhrzeigersinnes, so dreht sich dagegen das zentrale Teil unabhängig vom Na.benzyli.nder 28. Man sieht also, daß der Nabenzylinder 28 und somit auch das Antriebsrad 26 nur in Vorwärtsriehtung angetrieben werden, wenn die Hülse 36 abwechselnd nach vorwärts und rückwärts bewegt

Die Hülsen 36 und 36a werden durch die !feinbewegung des Fahrers über eine Verbindung, die einen Teil der Erfindung darstellt, abwechselnd nach vorwärts und nach rückwärts bewegt. Diese Verbindung enthält ein flexibles Spannelement 50, das mit dem über den Eabenzylinder 28 hinausragenden Teil der Hülse 36, 36a verbunden ist. Das flexible 3-pannelement 50 kann die Form eines flachen Gurtes 50a haben (vergl. Figur 7)> der ein oder mehrere Löcher 54 an den Jünden aufweist, in denen Schrauben oder ähnliche Befestigungsmittel angebracht werden können, die in Gewindebohrungen b6 in der Hülse eingeschraubt sind. Bei dieser Ausführungsform -enthält die Hülse 36a vorzugsweise eine Umwindung 58 mit einer Schulter 60, deren -radiale Abmessungen gleich der Dicke des Gurtes 52

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BÄDöRiQlNAl J

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sind, so daß der Gurt glatt- auf der Hülse 36a aufgewickelt werden kann. Im Inneren jeder Hülse 36, 36a ist eine Feder 62 bzw. 62a angeordnet, die die Welle 34 umgibt und die die entsprechenden Hülsen in Richtung des Uhrzeigersinns drückt, (vergleiche Figur 6), d.h. in eine Richtung, in der das flexible opannelement 50 auf die Hülse aufgewickelt wird.

Wird das flexible Spannelement 50 gespannt, wobei eine Antriebskraft auf das Antriebsrad 16 ausgeübt wird, so laufen die flexiblen Spannelemente über die Walzen oder Rollen 63; die Spannelemente sind bei 64 an einem Hebelarm 66 befestigt, der bei 68 schwenkbar am Rahmenteil 24 angebracht ist. Der Hebelarm 66 ist an seinen freien Enden mit Pedalen 70 verseilen, die den Fuß des Fahrers aufnehmen. Wie am besten aus den Figuren 1 und 3 zu erkennen ist, erzeugt eine nach unter gerichtete Kraft auf das freie Ende des Hebelarms 66 eine Spannung am flexiblen Spannelement 50,.wodurch die Hülse 36 in Gegenrichtung zum Uhrzeigersinn angetrieben wird (vergl. Figur 6). Diese Bewegung der Hülse 36 wird über die Einrichtung zur Übertragung der Drehkraft in einer Richtung, wie sie vorstehend beschrieben ist, auf das Antriebsrad 16 übertragen.

r;in kquivalent des Gurtes 50a ist in Figur Ta als flexibles

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. - ίο -

Kabel 50b aus Stahl oder dergleichen dargestellt, das mit Hilfe einer Schraube 72 oder dergleichen am äußeren Teil der Hülse 36a befestigt und, wie angegeben, spiralförmig um die Hülse gewickelt■ist.

Um die erfindungsgemäß mögliche Änderung der mechanischen Kraftvergrößerung zu erzielen, ist das flexible Spannelement 50 mit Hilfe einer verstellbaren Verbindung mit dem Hebelarm 66 verbunden. Nach Figur 2 bis 4 enthält eine vorteilhafte Ausführungsform einer solchen verstellbaren Verbindung ein Joch 74 ₅ das am Hebelarm 66 montiert ist und entlang dieses Armes eine verstellbare Gleitbewegung durchführen kann. Zur Befestigung des Jochs 74 am Hebelarm an einer beliebigen Zahl von Stellen kann ein üblicher StellscLraubenmechanismus oder ein Arretiermechanismus 76, der in einer der vielen Vertiefungen 78 im Hebelarm einrasten kann, verwendet werden. Man erkennt, daß nan infolge der erfindungsgemäß variierbaren mechanischen Kraftvergrößerung das Fahrrad in der Ebene fahren kann, wenn sich das flexible Spannelement in der Lage befindet, die in Figur mit ausgezogenen Linien dargestellt ist, während in der gestrichelten Lage ein Befahren von Anhöhen möglich ist, da die mechanische Kraftvergrößerung größer wird, wenn das Joch 74 nach rückwärts verschoben wird.

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Damit der Fahrer eine gegengerichtete Kraft auf das linke und das rechte Pedal 7Cf ausüben kann, sind die Enden eines Kabels oder eines ähnliehen flexiblen Elements 80 in der Kähe der Pedale 70 an den Hebelarmen angebracht. Der mittlere i'eil des Kabexs wird so gehalten und geführt, daß es sich praktisch frei zum Rahmen 12 bewegen kann. Zu diesem Zweck ist ein ?ührungslager 82 am Rahmen 12 angebracht, './eiterhin erkennt man, daß ein Teil der Kraft zur Anhebung des linken Pedals verwendet wird, wenn der fahrer auf das rechte Pedal 70 drückt; ist das linke Pedal angehoben, so wickelt die .eder 62a-4as biegsame Spannelement 50 auf die Hülse 36a auf.

Jlne- weitere Aus führ ung s form der Erfindung ist in JPigur 8 angegeben j hier ist der Hebelarm 66 x:iit einer .Verlängerung 84 versehen, die in einem gewissen Abstand zum Drehpunkt 68' stellt. Die Verlängerung 84 stellt eine gebogene Zahnstange 86 dar. Die iiülse 36a ist lait einem Zahnrad 88 versehen,; dessen Zähne .mit den Zähnen der Zahnstange in Eingriff stehen, iian erkennt, daß die Hülse 36a abwechselnd in beiden Lrehi-iclitungen angetrieben und ,die. Kraft durch die vorstehend beschriebene·Einrichtung zur Übertragung der Drehkraft in einer xiichtung auf das Antriebsrad 16 übertragen wird, wenn der Hebelarm 66 durch die Beine bzw. fuße des J?ahrers geschwenkt wird. Da der .Hebelarm von, ]?igur 8 in all eji .anderen

BAD or,««.-. 109832/020^--! . ·,

herkmaleii identisch mit dem gleichen Element in Pigur 2 ist, sind weitere Einzelheiten nicht angegeben.

Obgleich nur zwei Ausführungsformen der Erfindung gezeigt

und beschrieben wurden, können selbstverständlich auch
andere Anpassungen und Abänderungen vorgenommen werden, ohne daß der Gedanke und der Hahmen der Erfindung verlassen wird.

-.Patentansprüche

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Claims

ΐ 6H5 768 Patentansprüche

1. Antriebsvorrichtung für Fahrräder, gekennzeichnet durch zwei Einrichtungen zur Übertragung einer Drehkraft in einer Richtung, wobei jede Einrichtung ein Antriebsteil und ein mit dem Antriebsteil verbundenes angetriebenes Teil enthält, und das angetriebene Teil jeder dieser Einrichtungen in üblicher Weise das Antriebsrad antreibt, zwei Hebelarme, die schwenkbar an einem Ende am Rahmen angebracht sind, wobei das freie Ende jedes Hebelarmes durch den auf dem Sattel sitzenden Fahrer geschwenkt werden kann, Einrichtungen zur kraftübertragenden Verbindung des ersten bzw. zweiten Hebelarmes mit dem Antriebsteil der ersten bzw. zweiten Einrichtung- zur Übertragung einer Drehkraft in einer Hichtung, so daß bei der Schwenkbewegung eines Hebelarmes in einer !Richtung das damit verbundene Antriebsteil eine Drehkraft auf das angetriebene Teil überträgt und bei der Schwenkbewegung eines Hebelarmes in der anderen liichtung das Antriebsteil unabhängig von dem damit in Verbindung stehenden angetriebenen Teil rotiert.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,.

BAD ORfGIMAL

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-H-

daS am Rahmen koaxial zum Antriebsrad eine .uerach.se befestigt ist, und jede Einrichtung zur Übertragung einer Drehkraft in einer Richtung eine Hülse, die unabhängig auf der Achse drehbar ist und eine zylindrische riabe, die koaxial zu den Hülsen angebracht und gegen die Hülsen drehbar ist, aufweist, wobei die xiabe zylindrische Innenflächenteile gegenüber den Hülsen auf v/eist, die die angetriebenen Teile der Einrichtungen zur übertragung einer Drehkraft in einer Dichtung bilden, wobei die Hülsen so geformt sind, daß sie über die einander gegenüberliegenden landen der xiabe hinausragen und die Verbiiidurigseinrichtung kraftübertragend mit den herausragenden Teilen dieser Hülsen verbunden ist.

3. An.trieosvorricij.tung' nach Anspruch 2, dadurch gekeni.zeicl.net, daß die Terbindungseinrichtung zwei flexible opanneleiiente aufweist, die an einen iinde jeder Hülse angebracht sind und sieh auf den Hülsen auf-und abv/io^eln, während das andere Ende der flexiblen äpanneieiiiente zwischen den -jiden des entsprechenden -lebelarmes befestigt ist, und daß axe Einrichtung zur Übertragung einer Drehicraft in einer Hichtung ein Paar- Spiralfedern enthält, uiy die Acr.^e iia Inneren jeder Hülse umgeben χναά die kraf tu L ^r tragend 'mit der_ Achse und rn.it einer Hülse zui- Aiidrüo.-ien der Hülse in

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einer JJreiirichtung verbunden sind, um das flexible Spannelement auf die Hülse aufzuwickeln, wobei die letztgenannte Hichtung die .dichtung der unabhängigen Drehbewegung zwischen den antreibenden und angetriebe nen !Cupυluiu:stellen ist.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch jJinri chtung en zur verstellbaren Verbindung· der Enden des Ivabels mit den entsprechenden Hebelarmen, so daß der Abstand zwischen den Drehpunkt.des Hebelarmes und dem Verbindungspunkt des Labels sur ilnderung der _ me chanischen Er aftvergrößerung der Antriebsvorricntung verändert werden kann«

5. Airuriebsvorrichtung: nach Einspruch 2, uadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung ein mit den Hülsen verbundenes Zahnrad aufweist und jeder Hebelarm mit einer iahüstange versehen ist, deren Zähne in die Zähne des Zahnrades einrasten, so σaß bei -der Schwenkbewegung jedes Hebelarmes die Zahnstange das damit in Verbindung stehende Zahnrad und die Hülse antreibt.

6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Kabel, dessen beide gegenüberliegenden Enden in einem

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gewissen Abstand vom Drehpunkt mit den entsprechenden Hebelarmen verbunden sind, Einrichtungen am Rahmen zur Führung des Kabels, so daß durch die Bewegung des ersten Hebelarmes in einer Richtung der zweite Hebelarm in der anderen Richtung bewegt wird und umgekehrt.

BAD ORIGINAL

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